EP1917375B1 - Stahllegierung und daraus hergestellte werkzeuge oder bauteile - Google Patents

Stahllegierung und daraus hergestellte werkzeuge oder bauteile Download PDF

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EP1917375B1
EP1917375B1 EP06769672.4A EP06769672A EP1917375B1 EP 1917375 B1 EP1917375 B1 EP 1917375B1 EP 06769672 A EP06769672 A EP 06769672A EP 1917375 B1 EP1917375 B1 EP 1917375B1
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steel
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Lennart JÖNSON
Odd Sandberg
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Uddeholms AB
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Publication date
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Definitions

  • Galling and adhesive wear is caused by micro-welding between tool parts when exposed to a high contact pressure that leads to metal fragments getting stuck on the tool parts and thus increasing friction. Eventually, shearing occurs between the parts, which results in complete renovation or exchange of these.
  • Table 2c shows most preferred composition ranges for a steel according to the first preferred embodiment of the invention.
  • Table 2c Element C Si Mn Cr Mo V N % % % % % % % Min 0.15 0.1 0.1 20.6 0.8 0.8 0.8 Aim 0.20 0.30 0.30 21.0 1.3 1.0 0.95 Max 0.25 1.0 1.0 21.4 1.6 1.1 1.0
  • Steels no. 1-4 and 9 and 10 are reference materials in the form of commercial steels manufactured by the applicant, while steels no. 5-8 are steels according the invention.
  • Steels no. 3-9 were made into powder by nitrogen gas atomizing.
  • the steels according to the invention were subjected to solid phase nitration to the given nitrogen contents. 6 kg of the respective processed steel powders were encapsulated and thereafter exposed to hot isostatic compaction to give complete densification of the materials.
  • the HIP:ed ingots were forged into rods of 40x40 mm, whereafter the rods were allowed to cool in vermiculite.
  • the steel according to this embodiment has a matrix that after hardening from an austenitizing temperature of about 1100 °C and low temperature tempering at about 200-300 °C, 2x2 h, or tempering at 450-550 °C, 2x2 h, is composed of tempered martensite with a content of hard phases that consists of about 2-10 and 30-40 % by volume respectively of M 2 X, where M is essentially Cr and X is essentially N, and MX, where M is essentially V and X is essentially N.

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Claims (42)

  1. Stahlmaterial, das pulvermetallurgisch hergestellt wird und eine chemische Zusammensetzung hat, die in Gew.-% besteht aus:
    0,13-2C
    0,01-3,0 Si
    0,01-10,0 Mn
    16-30 Cr
    ≤ 5 Ni.
    0,01-5,0 (Mo + W/2)
    ≤ 9 Co
    max. 0,5 S
    0,6-10 N, und
    0,5-14 (V+Nb/2), wobei die Gehalte von N einerseits und von (V+Nb/2) andererseits derart zueinander ausgewogen sind, dass die Gehalte dieser Elemente sich in einem Bereich befinden, der durch die Koordinaten A', B', G, H, A' im Koordinatensystem der Fig. 1 definiert wird, wobei die Koordinaten von [N, (V+Nb/2)] sind:
    A': [0,6, 0,5]
    B': [1,6, 0,5]
    G: [9,8, 14,0]
    H: [2,6, 14,0],
    und max. 7 von (Ti + Zr + Al),
    Rest Eisen und Verunreinigungen.
  2. Stahlmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehalte von N einerseits und von (V+Nb/2) andererseits zueinander so ausgewogen sein sollten, dass die Gehalte dieser Elemente sich in einem Bereich befinden, der durch die Koordinaten A, B, C, D, A im Koordinatensystem der Fig. 1 definiert wird, wobei die Koordinaten von [N, (V+Nb/2)] für A, B, C, D, A sind:
    A: [0,8, 0,5]
    B: [1,4, 0,5]
    C: [8,0, 14,0]
    D: [4,3, 14,0]
  3. Stahlmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehalte von N einerseits und von (V+Nb/2) andererseits zueinander so ausgewogen sein sollten, dass die Gehalte dieser Elemente sich in einem Bereich befinden, der durch die Koordinaten A', B', F, I, A' im Koordinatensystem der Fig. 1 definiert wird, wobei die Koordinaten von [N, (V+Nb/2)] für F und I sind:
    F: [2,2, 1,5]
    I: [0,7, 1,5]
  4. Stahlmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehalte von N einerseits und von (V+Nb/2) andererseits zueinander so ausgewogen sein sollten, dass die Gehalte dieser Elemente sich in einem Bereich befinden, der durch die Koordinaten A, B, E, J, A im Koordinatensystem der Fig. 1 definiert wird, wobei die Koordinaten von [N, (V+Nb/2)] für E und J sind:
    E: [1,9, 1,5]
    J: [1,1, 1,5]
  5. Stahlmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehalte von N einerseits und von (V+Nb/2) andererseits zueinander so ausgewogen sein sollten, dass die Gehalte dieser Elemente sich in einem Bereich befinden, der durch die Koordinaten F, G, H, I, F im Koordinatensystem der Fig. 1 definiert wird, wobei die Koordinaten von [N, (V+Nb/2)] für F und I sind:
    F: [2,2, 1,5]
    I: [0,7, 1,5]
  6. Stahlmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehalte von N einerseits und von (V+Nb/2) andererseits zueinander so ausgewogen sein sollten, dass die Gehalte dieser Elemente sich in einem Bereich befinden, der durch die Koordinaten E, C, D, J, E im Koordinatensystem der Fig. 1 definiert wird, wobei die Koordinaten von [N, (V+Nb/2)] für E, C, D und J sind:
    E: [1,9, 1,5]
    C: [8,0, 14,0]
    D: [4,3, 14,0]
    J: [1,1, 1,5]
  7. Stahlmaterial nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehalte von N einerseits und von (V+Nb/2) andererseits zueinander so ausgewogen sein sollten, dass die Gehalte dieser Elemente sich in einem Bereich befinden, der durch die Koordinaten F" ', G, H, I" ', F"' im Koordinatensystem der Fig. 1 definiert wird, wobei die Koordinaten von [N, (V+Nb/2)] für F"' und I"' sind:
    F"': [8,0, 11,0]
    I"': [2,1, 11,0]
  8. Stahlmaterial nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehalte von N einerseits und von (V+Nb/2) andererseits zueinander so ausgewogen sein sollten, dass die Gehalte dieser Elemente sich in einem Bereich befinden, der durch die Koordinaten E"', C, D, J"', E"' im Koordinatensystem der Fig. 1 definiert wird, wobei die Koordinaten von [N, (V+Nb/2)] für E"' und J"' sind:
    E" : [6,5, 11,0]
    J" : [3,5, 11,0]
  9. Stahlmaterial nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehalte von N einerseits und von (V+Nb/2) andererseits zueinander so ausgewogen sein sollten, dass die Gehalte dieser Elemente sich in einem Bereich befinden, der durch die Koordinaten F", F" ', I" ', I", F" im Koordinatensystem der Fig. 1 definiert wird, wobei die Koordinaten von [N, (V+Nb/2)] für F", F" ', I" und I" ' sind:
    F": [5,8, 7,5]
    F" : [8,0, 11,0]
    I": [1,6, 7,5]
    I"': [2,1, 11,0]
  10. Stahlmaterial nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehalte von N einerseits und von (V+Nb/2) andererseits zueinander so ausgewogen sein sollten, dass die Gehalte dieser Elemente sich in einem Bereich befinden, der durch die Koordinaten E", E" ', J" J", E" im Koordinatensystem der Fig. 1 definiert wird, wobei die Koordinaten von [N, (V+Nb/2)] für E", E" ', J" und J"' sind:
    E": [4,8, 7,5]
    E"': [6,5, 11,0]
    J": [2,6, 7,5]
    J" ': [3,5, 11,0]
  11. Stahlmaterial nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehalte von N einerseits und von (V+Nb/2) andererseits zueinander so ausgewogen sein sollten, dass die Gehalte dieser Elemente sich in einem Bereich befinden, der durch die Koordinaten F', F", I", I', F' im Koordinatensystem der Fig. 1 definiert wird, wobei die Koordinaten von [N, (V+Nb/2)] für F', F", I' und I" sind:
    F': [3,7, 4,0]
    F": [5,8, 7,5]
    I': [1,1, 4,0]
    I": [1,6, 7,5]
  12. Stahlmaterial nach Anspruch 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehalte von N einerseits und von (V+Nb/2) andererseits zueinander so ausgewogen sein sollten, dass die Gehalte dieser Elemente sich in einem Bereich befinden, der durch die Koordinaten E', E", J", J', E' im Koordinatensystem der Fig. 1 definiert wird, wobei die Koordinaten von [N, (V+Nb/2)] für E', E", J' und J" sind:
    E': [3,1, 4,0]
    E": [4,8, 7,5]
    J' [1,7, 4,0]
    J": [2,6, 7,5]
  13. Stahlmaterial nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehalte von N einerseits und von (V+Nb/2) andererseits zueinander so ausgewogen sein sollten, dass die Gehalte dieser Elemente sich in einem Bereich befinden, der durch die Koordinaten F, F', I', I, F im Koordinatensystem der Fig. 1 definiert wird, wobei die Koordinaten von [N, (V+Nb/2)] für F' und I' sind:
    F': [3,7, 4,0]
    I': [1,1, 4,0]
  14. Stahlmaterial nach Anspruch 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehalte von N einerseits und von (V+Nb/2) andererseits zueinander so ausgewogen sein sollten, dass die Gehalte dieser Elemente sich in einem Bereich befinden, der durch die Koordinaten E, E', J', J, E im Koordinatensystem der Fig. 1 definiert wird, wobei die Koordinaten von [N, (V+Nb/2)] für E' und J' sind:
    E': [3,1, 4,0]
    J': [1,7, 4,0]
  15. Stahlmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,13-1,5 C, vorzugsweise 0,13-1,2 C, enthält.
  16. Stahlmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens 17, vorzugsweise mindestens 18, Cr enthält.
  17. Stahlmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es maximal 27, vorzugsweise maximal 25, Cr enthält.
  18. Stahlmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,01-3 Ni enthält.
  19. Stahlmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,01-4,0 (Mo+W/2), vorzugsweise 0,01-3,5 (Mo+W/2), enthält.
  20. Stahlmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es maximal 1,0, vorzugsweise maximal 0,8, und in geeigneter Weise etwa 0,3, Si enthält.
  21. Stahlmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,1-5,0 Mn, vorzugsweise 0,1-2,0 Mn, enthält.
  22. Stahlmaterial nach einem der Ansprüche 3, 4 und 15-21, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,13-0,5 C, 0,01-1,5 Si, 0,01-1,5 Mn, 18-22 Cr, 0,01-2,5 Mo, 0,5-2,0 V und 0,8-2,0 N enthält.
  23. Stahlmaterial nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,15-0,25C, 0,1-1,0 Si, 0,1-1,0 Mn, 20,6-21,4 Cr, 0,8-1,6 Mo, 0,8-1,1 V und 0,8-1,0 N enthält.
  24. Stahl nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Matrix hat, die nach dem Härten von einer Austenitisierungstemperatur von 950-1150°C und Niedrigtemperaturanlassen bei 200-300°C/2x2 h, oder Hochtemperaturanlassen bei 450-550°C/2x2 h, aus Martensit mit einem Hartphasengehalt bestehend aus M2X, wobei M im Wesentlichen Cr und X im Wesentlichen N ist, und MX zusammengesetzt ist, wobei M im Wesentlichen V und X im Wesentlichen N ist, und der Gesamtgehalt dieser Hartphasen 10 Volumenprozent beträgt.
  25. Stahlmaterial nach einem der Ansprüche 13, 14 und 15-21, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,13-0,5 C, 0,01-1,5 Si, 0,01-1,5 Mn, 18-22 Cr, 0,01-2,5 Mo, 2,0-4,0 V und 1,3-3,0 N enthält.
  26. Stahlmaterial nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,13-0,35C, 0,1-1,0 Si, 0,1-1,0 Mn, 20,6-21,4 Cr, 1,1-1,4 Mo, 2,7-3,0 V und 1,9-2,2 N enthält.
  27. Stahl nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Matrix hat, die nach dem Härten von einer Austenitisierungstemperatur von 950-1150°C und Niedrigtemperaturanlassen bei etwa 200-300°C, 2x2 h, oder Hochtemperaturanlassen bei 450-550°C, 2x2 h, aus angelassenem Martensit mit einem Hartphasengehalt bestehend aus max. 10 Volumenprozent M2X, wobei M im Wesentlichen Cr und X im Wesentlichen N ist, und max. 10 Volumenprozent MX zusammengesetzt ist, wobei M im Wesentlichen V und X im Wesentlichen N ist.
  28. Stahlmaterial nach den Ansprüchen 11, 12 und 15-21, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,13-0,8C, 0,01-1,5 Si, 0,01-1,5 Mn, 18-22 Cr, 0,01-2,5 Mo, 4,0-7,5 V und 1,5-5,0 N enthält.
  29. Stahlmaterial nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,13-0,50C, 0,1-1,0 Si, 0,1-1,0 Mn, 20,6-21,4 Cr, 1,1-1,4 Mo, 5,3-5,6 V und 2,8-3,1 N enthält.
  30. Stahl nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Matrix hat, die nach dem Härten von einer Austenitisierungstemperatur von 1100-1120°C und Niedrigtemperaturanlassen bei etwa 200-300°C, 2x2 h, oder Hochtemperaturanlassen bei 450-550°C, 2x2 h, aus angelassenem Martensit mit einem Hartphasengehalt bestehend aus 2-7 Volumenprozent M2X, wobei M im Wesentlichen Cr und X im Wesentlichen N ist, und 10-20 Volumenprozent MX zusammengesetzt ist, wobei M im Wesentlichen V und X im Wesentlichen N ist.
  31. Stahlmaterial nach den Ansprüchen 9, 10 und 15-21, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,13-1,5C, 0,01-1,5 Si, 0,01-1,5 Mn, 18-22 Cr, 0,01-2,5 Mo, 7,5-11,0 V und 2,5-6,5 N enthält.
  32. Stahlmaterial nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,13-0,50C, 0,1-1,0 Si, 0,1-1,0 Mn, 20,6-21,4 Cr, 1,1-1,4 Mo, 8,8-9,2 V und 4,1-4,4 N enthält.
  33. Stahl nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Matrix hat, die nach dem Härten von einer Austenitisierungstemperatur von 110-1120°C und Niedrigtemperaturanlassen bei etwa 200-300°C, 2x2 h, oder Hochtemperaturanlassen bei 450-550°C, 2x2 h, aus angelassenem Martensit mit einem Hartphasengehalt bestehend aus 3-8 Volumenprozent M2X, wobei M im Wesentlichen Cr und X im Wesentlichen N ist, und 15-25 Volumenprozent MX zusammengesetzt ist, wobei M im Wesentlichen V und X im Wesentlichen N ist.
  34. Stahlmaterial nach den Ansprüchen 7, 8 und 15-21, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,13-2C, 0,01-1,5 Si, 0,01-1,5 Mn, 18-22 Cr, 0,01-2,5 Mo, 11,0-14 V und 5-10 N enthält.
  35. Stahl nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Matrix hat, die nach dem Härten von einer Austenitisierungstemperatur von 1100-1120°C und Niedrigtemperaturanlassen bei etwa 200-300°C, 2x2 h, oder Hochtemperaturanlassen bei 450-550°C, 2x2 h, aus angelassenem Martensit mit einem Hartphasengehalt bestehend aus 2-10 Volumenprozent M2X, wobei M im Wesentlichen Cr und X im Wesentlichen N ist, und 30-40 Volumenprozent MX zusammengesetzt ist, wobei M im Wesentlichen V und X im Wesentlichen N ist.
  36. Stahlmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung die Stickstoffgaszerstäubung einer Stahlschmelze aufweist.
  37. Stahlmaterial nach einem der Ansprüche 1-35, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung die Erzeugung von Pulver durch Gaszerstäubung, vorzugsweise Stickstoffgaszerstäubung, einer Stahlschmelze und Festphasen-Nitrierung des Pulvers aufweist.
  38. Werkzeug zum Spritzgießen, Formpressen und Strangpressen von Bestandteilen von Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Stahlmaterial nach einem der Ansprüche 1-23, 25, 26, 28, 29, 31, 32, 34, 36 und 37 hergestellt und nach einem der Ansprüche 24, 27, 30, 33 und 35 vergütet wurde.
  39. Werkzeug zum Pressen eines Pulvers, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Stahlmaterial nach einem der Ansprüche 1-23, 25, 26, 28, 29, 31, 32, 34, 36 und 37 hergestellt und nach einem der Ansprüche 24, 27, 30, 33 und 35 vergütet wurde.
  40. Werkzeug zum Formen und Schneiden von Blechen bei Kaltverarbeitungsanwendungen, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Stahlmaterial nach einem der Ansprüche 1-23, 25, 26, 28, 29, 31, 32, 34, 36 und 37 hergestellt und nach einem der Ansprüche 24, 27, 30, 33 und 35 vergütet wurde.
  41. Bauteile wie Spritzdüsen für Maschinen, Verschleißteile, Pumpenteile, Lagerbauteile usw., dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem Stahlmaterial nach einem der Ansprüche 1-23, 25, 26, 28, 29, 31, 32, 34, 36 und 37 hergestellt und nach einem der Ansprüche 24, 27, 30, 33 und 35 vergütet wurden.
  42. Messer, Verschleißteile usw. zur Verwendung in der Lebensmittelindustrie, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Stahlmaterial nach einem der Ansprüche 1-23, 25, 26, 28, 29, 31, 32, 34, 36 und 37 hergestellt und nach einem der Ansprüche 24, 27, 30, 33 und 35 vergütet wurden.
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